【儀表網 研發快訊】 清華新聞網7月23日電 近日，清華大學化學系許華平教授團隊在極紫外(EUV)光刻材料上取得重要進展，開發出一種基于聚碲氧烷(Polytelluoxane, PTeO)的新型光刻膠，為先進半導體制造中的關鍵材料提供了新的設計策略。
隨著集成電路工藝向7nm及以下節點不斷推進，13.5 nm波長的EUV光刻成為實現先進芯片制造的核心技術。但EUV光源反射損耗大、亮度低等特點，對光刻膠在吸收效率、反應機制和缺陷控制等方面提出了更高挑戰。當前主流EUV光刻膠多依賴化學放大機制或金屬敏化團簇來提升靈敏度，但常面臨結構復雜、組分分布不均、反應容易擴散，容易引入隨機缺陷等問題。如何突破這些瓶頸，構建理想光刻膠體系，成為當前EUV光刻材料領域的核心挑戰。學界普遍認為，理想的EUV光刻膠應同時具備以下四項關鍵要素：1)高EUV吸收能力，以減少曝光劑量，提升靈敏度；2)高能量利用效率，確保光能在小體積內高效轉化為光刻膠材料溶解度的變化；3)分子尺度的均一性，避免組分隨機分布與擴散帶來的缺陷噪聲；4)盡可能小的構筑單元，以消除基元特征尺寸對分辨率的影響，減小線邊緣粗糙度(LER)。長期以來，鮮有材料體系能夠同時滿足這四個標準。
許華平教授課題組基于團隊早期發明的聚碲氧烷開發出一種全新的EUV光刻膠，滿足了上述理想光刻膠的條件。在該項研究中，團隊將高EUV吸收元素碲(Te)通過Te─O鍵直接引入高分子骨架中。碲具有除惰性氣體元素氙(Xe)、氡(Rn)和放射性元素砹(At)之外最高的EUV吸收截面，EUV吸收能力遠高于傳統光刻膠中的短周期元素和Zn、Zr、Hf和Sn等金屬元素，顯著提升了光刻膠的EUV吸收效率。同時，Te─O鍵較低的解離能使其在吸收EUV后可直接發生主鏈斷裂，誘導溶解度變化，從而實現高靈敏度的正性顯影。這一光刻膠僅由單組份小分子聚合而成，在極簡的設計下實現了理想光刻膠特性的整合，為構建下一代EUV光刻膠提供了清晰而可行的路徑。
聚碲氧烷：理想的EUV光刻膠材料
該研究提供了一種融合高吸收元素Te、主鏈斷裂機制與材料均一性的光刻膠設計路徑，有望推動下一代EUV光刻材料的發展，助力先進半導體工藝技術革新。
相關成果以“聚碲氧烷作為EUV光刻膠的理想配方”(Polytelluoxane as the ideal formulation for EUV photoresist)為題，于7月16日發表于《科學進展》(Science Advances)期刊。
清華大學化學系2024級博士生周睿豪為論文第一作者，2020級博士生曹木青參與了本工作。清華大學化學系許華平教授為通訊作者，清華大學集成電路學院客座教授馬克·奈瑟(Mark Neisser)與江南大學化學與材料工程學院譚以正副教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金重點項目的資助支持。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx1918
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